JP2006036203A - 限界的走行状況における車両の安定化装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 限界走行状況における車両(10)の安定化装置は、ビークルダイナミクスコントローラ(29)を含む制御装置(2)、操作要素(18、19)、および走行状態量を測定するためのセンサ装置(11)を備えたビークルダイナミクス制御システム(ESP)と、制御装置(1)および操作要素(20)を備えた後車軸操舵システム(RWS)とを含む。ビークルダイナミクス制御機能は、その制御のアルゴリズムが、コントローラ出力量(ΔMz)からビークルダイナミクス制御システムの操作要素のための操作要求(PRadSoll、MSoMot)の他に、後車軸操舵システムの操作要素のための操作要求(ΔLwHA)も生成する分配ユニット(6)を含めば、一つの制御装置に統合できる。
【選択図】 図1
Description
ビークルダイナミクスコントローラが実装されている制御装置と、少なくとも一つの操作要素と、様々な走行状態量を測定するためのセンサ装置とをビークルダイナミクス制御システム(ESP)、並びに
制御装置と操作要素とを備えた後車軸操舵システム(RWS)、
を含み、
ビークルダイナミクスコントローラが、コントローラ出力量から、ビークルダイナミクス制御システム(ESP)の操作要素のための操作量だけでなく、後車軸操舵システム(RWS)の制御要素のための操作量をも生成する、分配ユニット(6)を含む。
制御装置、操作要素、およびセンサ装置を備えたビークルダイナミクス制御システム(ESP)と共に、独自の制御装置および操作要素を備えた追加の後車軸操舵システム(RWS)を含み、その際、ビークルダイナミクスコントローラが、ヨーレート制御とフロート角制御とを行い、且つコントローラ出力量を生成し、
コントローラ出力量から、ビークルダイナミクス制御システム(ESP)の制御要素のための制御量だけでなく、後車軸操舵システムの制御要素のための操作量も導き出される。
1.ヨーレートコントローラおよびフロート角コントローラの制御特性の適合
既知のビークルダイナミクスコントローラには通常、ヨーレートコントローラとフロート角(スリップ角)コントローラとが含まれており、これ等のコントローラはそれぞれの対応する制御偏差に応じて制御装置出力量を生成し、該出力量からブレーキシステム(油圧装置:Hydroaggregat)および/またはエンジン制御装置(モトロニック:Motronic)のための操作量が計算される。本発明に基づく拡張されたビークルダイナミクスコントローラ(VDM)はまた、制御偏差に応じて後車軸操舵システムのための操作量をも計算する。これによって、ヨーレート制御およびフロート角制御に関して、次の様な問題が生じる。
2.タイヤスリップ角に応じたヨーレートコントローラの領域別起動/作動停止
後車軸の車輪のスリップ角が大きい場合には、後車軸操舵角度を変えても車両の走行挙動に対して非常に弱い影響しか与えることができないかまたはそもそも全く影響を与えることさえできないことがある。何故なら、スリップ角が大きい場合にはタイヤ横力は僅かしか変化しないからである。スリップ角が大きい領域では(例えば、3゜から5゜までの間)、特に摩擦係数が小さい時(例えば、雪)には、ハンドルを更に大きく切っても全く操舵作用が発揮されないことがある。それでも車両を安定化させるためには、それ故スリップ角が大きい領域(この領域は路面状態によって異なることがある)では、ビークルダイナミクスコントローラをブレーキシステム/エンジン制御装置を介して、スリップ角が小さい領域内におけるよりも、走行運転中により強く介入させることが提案される。
3.制御装置出力量からの付加的な操舵角度の計算
拡張されたビークルダイナミクスコントローラ(VDM)には、好ましくは、計算ユニットが含まれており、該ユニットを用いて、重心モーメントの成分から、後車軸操舵装置によって実行されるべき、対応する操作量(付加的な操舵角度)が計算される。この操作量が如何なる場合にも、高過ぎるかまたは誤った値を取ることによって走行の安全性を脅かすことが無い、ということを保証するために、次の諸処理ステップの一つまたは幾つかが実行されることがある。
上述の諸措置によって、特にビークルダイナミクス制御の堅牢性と車両の操舵性を改善することができる。
4.ヨーレートコントローラの特殊な構成
拡張されたビークルダイナミクス制御システム(VDMシステム)は、好ましくは、PIDコントローラとして実現されている。これによって、従来のPコントローラと比べて安定化特性を顕著に改善することができる。
1.ヨーレートコントローラおよびフロート角コントローラの制御特性の適合
基本的に後車軸操舵装置に対するヨーレートコントローラ30の操作介入は、同時に又車両10のフロート角またはスリップ角αに対しても影響を与える。ブレーキ介入の場合とは反対に、後車軸操舵装置に対する介入は、ヨーレートvGiの縮少に伴ってフロート角βまたはスリップ角αの増加をもたらす。これに対して、後車軸操舵装置に対するフロート角コントローラ31の制御介入は、フロート角の縮少に伴ってヨーレートvGiの増加をもたらす。それ故、二つのコントローラ30、31の介入は完全に反対方向に働く。このことは次の例によってより明確となる。
図5は、ヨーレートコントローラ30またはスリップ角コントローラ31の動作ポイントのずれを修正するために使用される、いわゆるデッドゾーンToZovGiまたはToZoBetaの計算を示している。修正関数自体は図6に示されている。
図7ないし図9は、ブレーキ油圧装置15、18の制御介入を許可しまたは阻止するために用いることのできる解除信号CRSの生成を示している。この解除信号CRSは、スリップ角alHAの大きな領域では、安定化のための制御介入がアクティブ後車軸操舵装置を用いて許可され、またエンジン制御装置16、19あるいはブレーキ装置15、18を用いて許可されるように、生成される。これに対して、スリップ角alHAの小さい領域では、ブレーキシステム15、18および/またはエンジン制御装置16、19による安定化のための制御介入が阻止され、後車軸操舵システム17、20だけが車両安定化のために用いられる。代わりの手法として、この領域ではESPによる安定化のための介入も又大きく縮少させることができるであろう。
3.制御装置出力量からの付加的な操舵角度の計算
図10は、状態コントローラ5のコントローラ出力量ΔMzからの付加的な操舵角度ΔLwHAの計算を示している。図示されているアルゴリズムは、制御技術的に見てとりわけ堅牢である。更に、ドライバーによって妥当(プロージブル)であると理解されている、後車軸操舵システムのための制御開始信号ΔLwHAが生成される。
4.ヨーレートコントローラの特殊な構成
図11から図14までは、ヨーレートコントローラ30がPIDコントローラとして作られている、ビークルダイナミクスコントローラ29の一つの実施態様を示している。これによって安定化のクオリティーが簡単なPコントローラに比べて改善される。
2…電子的スタビリティープログラム(ESP)の制御装置、
3…観察ユニット
4…基準値計算ユニット
5…状態コントローラ
6…分配ユニット
7…インタフェース
8…RWSアルゴリズム
9…基準スリップの計算ユニット
10…車両
11…センサ装置
13…ブレーキコントローラおよびトラクションコントローラ
14…付加的な操舵角度の計算ユニット
15…ブレーキシステムの電子装置
16…エンジン制御装置(Motronic)
17…RWS電子装置
18…ホイールブレーキ
19…エンジン制御の操作要素
20…操舵操作装置
21…舵角成分の確定
22…ヨーレートのための動作ポイント移動の計算
23…スリップ角のための動作ポイント移動の計算
24…フィルタ時定数の確定
25…低域フィルタ
26a…ヨーレートの制御偏差の修正
26b…フロート角度の制御偏差の修正
27…後車軸操舵関数
28…後車軸舵角コントローラ
29…ビークルダイナミクスコントローラ
30…ヨーレートコントローラ
31…フロート角(スリップ角)コントローラ
32…コントローラ成分の協調
33…最大グリップを持つスリップ角の確定
34…乗算結節点
35…解除信号(CRS)の発生
36…Pt1フィルタ
37…付加的な操舵角度のための換算関数
38…スケーリング関数
39…デッドゾーンのための特性曲線
40…制限関数
41…乗算結節点
42…乗算結節点
43…Pコントローラ
44…Iコントローラ
45…Dコントローラ
46…コントローラ成分の協調
47…Pコントローラ
48…フロート角コントローラの増幅率
49…フロート角コントローラの減衰率
50…乗算結節点
51…乗算結節点
52…走行速度に応じた制限
53…乗算結節点
54…乗算結節点
55…Pコントローラ43の増幅率
56…Pコントローラの減衰率
57…加算結節点
58…乗算結節点
59…制限関数
60…乗算結節点
61〜64…縦方向のタイヤ特性
65〜67…横方向のタイヤ特性
68…最大グリップを持つスリップ角の変化
69…パラメータ
70…解除信号RICの生成
71…制限関数
72…微分
73…絶対値形成
74…時定数THPの選択のためのアルゴリズム
75…デッドゾーン
76…乗算結節点
77…積分器
78…I成分の制限
79…フィルタ
80…D成分の制限
81…Iコントローラ機能
82…Dコントローラ機能
83…固有周波数
84…減衰
85…リニアーな単一軌道モデル
86…フィルタ
87…縮少率の確定
88…最大値の選択
89…商の形成
90…縮少率RedID2の確定
ay…横方向加速度
evGi…ヨー速度の制御偏差
RedID…縮少率
evGi′…ヨー速度の制御偏差の信号値
ΔMZI…I成分
ΔMZD…D成分
ΔMZP…P成分
ΔMZ…コントローラ出力量
RedID1…縮少率
RedID2…縮少率
μ…摩擦係数
Lw…前車軸操舵角度、
eBeta…フロート角度の制御偏差
CRS…解除信号
F…解除信号
ToZo…デッドゾーン
ΔLwHA…付加的な操舵角度
ΔLwHA0…付加的な操舵角度の生の値
ΔLwHAsc…スケーリング処理された付加的な操舵角度
alHA…フロート角コントローラの動作ポイント
alHAmax…フロート角コントローラの動作ポイントの最大値
P…パラメータ
Stat…状態信号
ToZoGi…ヨーレートコントローラのデッドゾーン
ToZoBeta…フロート角コントローラのデッドゾーン
ΔvGi…ヨーレートコントローラの動作ポイント偏差
ΔalHA…フロート角コントローラの動作ポイント偏差
τ…時定数
evGi0…制御偏差の生の値
eBeta0…制御センサの生の値
PRadSoll…操作量
MSoMot…操作量
Lw_dr…望まれた後車軸舵角
LwHA…測定された後車軸舵角
Claims (23)
- ビークルダイナミクスコントローラ(29)が実装されている制御装置(2)と、少なくとも一つの操作要素(18、19)と、様々な走行状態量を測定するためのセンサ装置(11)とをビークルダイナミクス制御システム(ESP)、並びに
制御装置(1)と操作要素(20)とを備えた後車軸操舵システム(RWS)、
を含む、限界走行状況における車両(10)の安定化装置において、
ビークルダイナミクスコントローラ(29)が、コントローラ出力量(ΔMz)から、ビークルダイナミクス制御システム(ESP)の操作要素(18、19)のための操作量(PRadSoll、MSoMot)だけでなく、後車軸操舵システム(RWS)の制御要素(20)のための操作量(ΔLwHA)をも生成する、分配ユニット(6)を含むこと、
を特徴とする限界走行状況における車両の安定化装置。 - 状態コントローラ(5)のコントローラ出力量(ΔMz)が、ヨーモーメントまたはそれに比例する量であることを特徴とする請求項1に記載の安定化装置。
- ビークルダイナミクス制御システム(ESP)の制御装置(2)と後車軸操舵システム(RWS)の制御装置(1)とがバス(C−CAN)に接続されており、該バスを通して操舵角度情報(Lw_Dr、ΔLwHA、LwHA)が伝達され、その際ビークルダイナミクス制御システム(ESP)の制御装置(2)が更に第二のバス(PT−CAN)に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の安定化装置。
- ビークルダイナミクスコントローラ(29)が、それぞれ出力量(ΔMZGi、ΔMZal)を生成するヨーレートコントローラ(30)およびスリップ角コントローラ(31)を含み、それ等の出力量から、後車軸操舵システム(RWS)の操作要素(20)のための操作量(ΔLwHA)が導き出され、その際、ヨーレートコントローラ(30)の制御特性が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するスリップ角コントローラ(31)の割合に応じて調節され、且つ、スリップ角コントローラ(31)の制御特性が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するヨーレートコントローラ(30)の割合に応じて調節されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の安定化装置。
- ヨーレートコントローラ(30)の制御偏差(evGi)が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するスリップ角コントローラ(31)の割合(ΔMZal)に応じて調節され、且つ、スリップ角コントローラ(31)の制御偏差(eBeta)が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するヨーレートコントローラ(30)の割合(ΔMZGi)に応じて調節されることを特徴とする請求項4に記載の安定化装置。
- ヨーレートコントローラ(30)の制御開始閾値が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するスリップ角コントローラ(31)の割合(ΔMZal)に応じて調節され、且つ、スリップ角コントローラ(31)の制御偏差が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するヨーレートコントローラ(30)の割合(ΔMZGi)に応じて調節されることを特徴とする請求項4に記載の安定化装置。
- 後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するヨーレートコントローラ(30)またはスリップ角コントローラ(31)の割合に応じた、ヨーレートコントローラ(30)の制御偏差(evGi0)の修正のためのユニット(26a)と、スリップ角コントローラ(31)の制御偏差(eBeta0)の修正のためのユニット(26b)とが備えられていることを特徴とする請求項5または6に記載の安定化装置。
- 修正ユニット(26a、26b)が、その時々の制御偏差(evGi、eBeta)が予め定められた値、特にゼロに設定されるデッドゾーン(ToZo)を確定することを特徴とする請求項7に記載の安定化装置。
- ビークルダイナミクスコントローラ(29)が、ヨーレートコントローラ(30)とスリップ角コントローラ(31)とを含んでおり、さらにスリップ角(alHA)に応じて、ヨーレートコントローラ(30)を起動させまたは作動停止させる解除信号(CRS)を生成するユニット(35)を含んでいることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の安定化装置。
- ビークルダイナミクスコントローラ(29)が、予め定められた路面状態(μ)の下で最大のグリップを持つスリップ角(alHAmax)を確定する装置(33)を含んでいることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の安定化装置。
- コントローラ出力量(ΔMz)を、後車軸操舵システム(RWS)のための付加的な操舵角度(ΔLwHA)へ換算するためのユニット(36〜42)を備えたことを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の安定化装置。
- 付加的な操舵角度(ΔLwHA)が、走行路面の摩擦係数(μ)に応じてスケーリング処理されることを特徴とする請求項11に記載の安定化装置。
- 付加的な操舵角度(ΔLwHA)を、予め定められた値、特にゼロに設定するデッドゾーン(ToZo)を確定するユニット(40)を備えたことを特徴とする請求項10または11に記載の安定化装置。
- ヨーレートコントローラ(30)が、PIDコントローラ(43〜45)として実現されていることを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに記載の安定化装置。
- ヨーレートコントローラ(30)の制御特性が、路面の摩擦係数(μ)に応じて調整されることを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の安定化装置。
- ヨーレートコントローラ(30)の制御偏差(evGi)が、路面の摩擦係数(μ)に応じて変化されることを特徴とする請求項14または15に記載の安定化装置。
- 制御装置(2)、操作要素(18、19)、およびセンサ装置(11)を備えたビークルダイナミクス制御システム(ESP)と共に、独自の制御装置(1)および操作要素(20)を備えた追加の後車軸操舵システム(RWS)を含み、その際、ビークルダイナミクスコントローラ(29)が、ヨーレート制御とフロート角度制御とを行い、且つコントローラ出力量(ΔMz)を生成する、限界走行状況における車両(10)の安定化方法において、
コントローラ出力量(ΔMz)から、ビークルダイナミクス制御システム(ESP)の制御要素(18、19)のための制御量(ΔPRadSoll、MSoMot)だけでなく、後車軸操舵システム(RWS)の制御要素(20)のための操作量(ΔLwHA)も導き出されること、
を特徴とする限界走行状況における車両の安定化方法。 - ビークルダイナミクスコントローラ(29)が、ヨーレートコントローラ(30)とスリップ角コントローラ(31)とを含み、これ等のコントローラが、それぞれ操作量(ΔMZgi、ΔMZal)を生成し、これ等の操作量から後車軸操舵システム(RWS)の操作要素(20)のための操作量(ΔLwHA)が導き出され、その際、ヨーレートコントローラ(30)の制御特性が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するスリップ角コントローラ(31)の割合に応じて調節され、且つ、スリップ角コントローラ(31)の制御特性が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するヨーレートコントローラ(30)の割合に応じて調節されることを特徴とする請求項17に記載の安定化方法。
- ヨーレートコントローラ(30)の制御偏差(evGi)が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するスリップ角コントローラ(31)の割合に応じて調節され、且つ、スリップ角コントローラ(31)の制御偏差(eBeta)が、後車軸操舵システム(RWS)のための操作量(ΔLwHA)に対するヨーレートコントローラ(30)の割合に応じて調節されることを特徴とする請求項17または18に記載の安定化方法。
- ヨーレートコントローラ(30)を予め定められているスリップ角(alHAmax)に応じて起動しまたは作動停止させる解除信号(CRS)が、ユニット(35)を用いて生成されることを特徴とする請求項17ないし19のいずれかに記載の安定化方法。
- ヨーレートコントローラ(30)の制御特性が、評価された摩擦係数(μ)に応じて変化されることを特徴とする請求項17ないし20のいずれかに記載の安定化方法。
- 制御偏差(evGi)が、摩擦係数(μ)に応じて縮少されることを特徴とする請求項17ないし21のいずれかに記載の安定化方法。
- ヨーレートコントローラ(30)の積分成分(44)の操作量(ΔMzI)およびD成分(45)の操作量(ΔMzD)の少なくともいずれかが、評価された摩擦係数(μ)の関数であることを特徴とする請求項17ないし22のいずれかに記載の安定化方法。
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